地源換熱器的設(shè)計(jì)

1、地 源 換 熱 器 的 設(shè) 計(jì)一般來講，一旦將地下埋管系統(tǒng)換熱器埋入地下后，基本不可能進(jìn)行維修或更換，因此地下的管材應(yīng)首先要保證其具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐性。1、聚乙烯（pe）和聚丁烯（pb）在國外地源熱泵系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。2、pvc（聚氯乙烯）管的導(dǎo)熱性差和可塑性不好，不易彎曲，接頭處耐壓能力差，容易導(dǎo)致泄漏，因此在地源熱泵系統(tǒng)中不推薦用pvc 管。3、為了強(qiáng)化地下埋管的換熱，國外有的提出采用薄壁（0.5mm）的不銹鋼鋼管，但目前實(shí)際應(yīng)用不多。4、管件公稱壓力不得小于1.0mpa，工作溫度應(yīng)在-2050范圍內(nèi)。5、地埋管壁厚宜按外徑與壁厚之比為11倍選擇。6、地埋管應(yīng)能按設(shè)計(jì)要求長度成

2、捆供應(yīng)，中間不得有機(jī)械接口及金屬接頭。流體介質(zhì)南方地區(qū)：由于地溫高，冬季地下埋管進(jìn)水溫度在0以上，因此多采用水作為工作流體；北方地區(qū)：冬季地溫低，地下埋管進(jìn)水溫度一般均低于0，因此一般均需使用防凍液。（鹽類溶液氯化鈣和氯化鈉水溶液；乙二醇水溶液；酒精水溶液等）。埋管水溫：1、熱泵機(jī)組夏季向末端系統(tǒng)供冷水，設(shè)計(jì)供回水溫度為712，與普通冷水機(jī)組相同。地埋管中循環(huán)水進(jìn)入u管的最高溫度應(yīng) 80m）。1）u 形管型：是在鉆孔的管井內(nèi)安裝u 形管，一般管井直徑為100150mm，井深10200m，u 形管徑一般在50mm 以下。2）套管式換熱器：的外管直徑一般為100200mm，內(nèi)管為1525。其換熱效

3、率較u 形管提高16.7%。缺點(diǎn)：下管比較困難，初投資比u 形管高。在套管端部與內(nèi)管進(jìn)、出水連接處不好處理，易泄漏，因此適用于深度30m 的豎埋直管，對(duì)中埋采用此種形式宜慎重。1、串聯(lián)方式優(yōu)點(diǎn)：一個(gè)回路具有單一流通通路，管內(nèi)積存的空氣容易排出；串聯(lián)方式一般需采用較大直徑的管子，因此對(duì)于單位長度埋管換熱量來講，串聯(lián)方式換熱性能略高缺點(diǎn)：串聯(lián)方式需采用較大管徑的管子，因而成本較高；由于系統(tǒng)管徑大，在冬季氣溫低地區(qū)，系統(tǒng)內(nèi)需充注的防凍液（如乙醇水溶液）多；安裝勞動(dòng)成本增大；管路系統(tǒng)不能太長，否則系統(tǒng)阻力損失太大。2、并聯(lián)方式優(yōu)點(diǎn)：由于可用較小管徑的管子，因此成本較串聯(lián)方式低；所需防凍液少；安裝勞動(dòng)成

4、本低。缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)安裝中必須特別注意確保管內(nèi)流體流速較高，以充分排出空氣；各并聯(lián)管道的長度盡量一致（偏差應(yīng)10%），以保證每個(gè)并聯(lián)回路有相同的流量；確保每個(gè)并聯(lián)回路的進(jìn)口與出口有相同的壓力，使用較大管徑的管子做集箱，可達(dá)到此目的。從國內(nèi)外工程實(shí)踐來看，中、深埋管采用并聯(lián)方式者居多；淺埋管采用串聯(lián)方式的多孔徑：根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)不同，鉆孔孔徑可以是100、150、200或300，天津地區(qū)地表土壤層很厚，為了鉆孔、下管方便多采用300孔徑。1.水平埋管：確定管溝數(shù)目:埋管管長的估算：利用管材“換熱能力”，即單位埋管管長的換熱量。水平埋管單位管材“換熱能力”在2040w/m（管長）左右，；設(shè)計(jì)時(shí)可取換熱能力

5、的下限值，即20 w/m。單溝單管埋管總長具體計(jì)算公式如下： l=q/20其中l(wèi) 埋管總長，mq 冬季從土壤取出的熱量，w分母“20”是每m 管長冬季從土壤取出的熱量，w/m單溝雙管、單溝二層雙管、單溝二層四管、單溝二層六管布置時(shí)分別乘上0.9、0.85、0.75、0.70 的熱干擾系數(shù)（熱協(xié)調(diào)系數(shù)）。確定管溝間距：為了防止埋管間的熱干擾，必須保證埋管之間有一定的間距。該間距的大小與運(yùn)行狀況（如連續(xù)運(yùn)行還是間歇運(yùn)行；間歇運(yùn)行的開、停機(jī)比等）、埋管的布置形式（如單行布置，只有兩邊有熱干擾；多排布置，四面均有熱干擾）等等有關(guān)。建議串聯(lián)每溝1 管，管徑1/42；串聯(lián)每溝2 管， 1 又1/41 又1

6、/2。并聯(lián)每溝2 管， 11 又1/4；并聯(lián)每溝46 管，管徑13/41。管溝間距：每溝1 管的間距1.2m，每溝2 管的間距1.8m，每溝4 管間距3.6m。管溝內(nèi)最上面管子的管頂?shù)降孛娴牡淖钚「叨炔恍∮?.2m。2、豎直埋管確定豎井埋管管長一般垂直單u 形管埋管的換熱能力為6080 w/m(井深)，垂直雙u 形管為80100w/m(井深)左右，設(shè)計(jì)時(shí)可取換熱能力的下限值。一般垂直埋管為70110w/m(井深)，或3555w/m(管長)，水平埋管為2040w/m（管長）左右。設(shè)計(jì)時(shí)可取換熱能力的下限值，即35w/m（管長）關(guān)于豎井間距有資料指出：u型管豎井的水平間距一般為4.5m3，也有實(shí)例

7、中提到dn25的u型管，其豎井水平間距為6m，而dn20的u型管，其豎井水平間距為3m4。若采用串聯(lián)連接方式，可采用三角形布置（詳見2）來節(jié)約占地面積。工程較小，埋管單排布置，地源熱泵間歇運(yùn)行，埋管間距可取3.0m；工程較大，埋管多排布置，地源熱泵間歇運(yùn)行，建議取間距4.5m；若連續(xù)運(yùn)行（或停機(jī)時(shí)間較少）建議取56m注意事項(xiàng)1、垂直地埋管換熱器埋管深度應(yīng)大于30m，宜為60m150m；鉆孔間距宜為3m6m。水平管埋深應(yīng)不小于1.2m。2、地埋管換熱器水平干管坡度宜為0.3%，不應(yīng)小于0.2%。3、地埋管環(huán)路之間應(yīng)并聯(lián)且同程布置，兩端應(yīng)分別與供、回水管路集管相連接。每個(gè)環(huán)路集管連接的環(huán)路數(shù)宜相同

8、。4、地埋管換熱器宜靠近機(jī)房或以機(jī)房為中心設(shè)置。鋪設(shè)供、回水集管的管溝宜分開布置；供、回水集管的間距不應(yīng)小于0.6m。1、確定管徑在實(shí)際工程中確定管徑必須滿足兩個(gè)要求： （1）管道要大到足夠保持最小輸送功率； （2）管道要小到足夠使管道內(nèi)保持紊流以保證流體與管道內(nèi)壁之間的傳熱。顯然，上述兩個(gè)要求相互矛盾，需要綜合考慮。一般并聯(lián)環(huán)路用小管徑，集管用大管徑，地下熱交換器埋管常用管徑有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm，管內(nèi)流速控制在1.22m/s以下,對(duì)更大管徑的管道，管內(nèi)流速控制在2.44m/s以下或一般把各管段壓力損失控制在4mho/100m當(dāng)量長度以下。備注： 地下埋管換熱器環(huán)路壓力損失限制在3050kpa/100m 為好，最大不超過50kpa/100m。同時(shí)應(yīng)使管內(nèi)流動(dòng)處于紊流過渡區(qū)。 地下埋管系統(tǒng)單位冷噸（1 冷噸=3024kcal/h=3.52kw）水流量控制在0.160.19l/st 最小管內(nèi)流速（流量）：在相同管徑、相同流速